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Med·投資 | 觀(guān)點(diǎn) 腦機接口技術(shù)在醫療領(lǐng)域的應用概述
發(fā)布時(shí)間:2024-03-25        瀏覽量:1426        來(lái)源:本站

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腦機接口



1、腦機接口技術(shù)的基本原理和分類(lèi)


腦機接口是指在有機生命的腦與具有計算能力的設備間創(chuàng )建用于信息交換的連接通路,實(shí)現信息交換及控制。依據信息流向的差異,可將腦機接口分為輸入式腦機接口和輸出式腦機接口。輸入式腦機接口主要用于調控中樞神經(jīng)活動(dòng),該模式下,外部設備直接向大腦輸入刺激;輸出式主要用于為殘障人士等提供與外部世界通信的方式,該模式下,大腦向外部設備輸出指令、最終結果又通過(guò)神經(jīng)反饋給用戶(hù)?,F階段,腦機接口研究及應用以輸出式腦機接口為主。

當前腦機接口技術(shù)路徑按接入方式可劃分為入型、半侵入型、非侵入型三種。


侵入式腦機接口


通過(guò)有創(chuàng )方式對深入到顱骨以下的組織進(jìn)行信號采集和記錄,該方式獲得的神經(jīng)信號質(zhì)量較高,但易引發(fā)免疫反應和愈傷組織,導致神經(jīng)信號質(zhì)量衰退。21世紀以來(lái),隨著(zhù)神經(jīng)科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的進(jìn)步,侵入式腦機接口研究升溫明顯,正朝小型化、便攜化、可穿戴化方向發(fā)展。


半侵入式腦機接口


將腦機接口植入大腦皮層之外、顱腔之內,主要基于皮層腦電圖進(jìn)行信息分析。相比侵入式技術(shù),半侵入式技術(shù)更成熟、手術(shù)危險度較低、損傷性較??;相比非侵入式技術(shù),半侵入式腦機接口信號更精準,但傷害性也更強。


非侵入式腦機接口


通過(guò)附著(zhù)在頭皮上的穿戴設備測量大腦活動(dòng),無(wú)需進(jìn)入大腦,安全性更強,是目前主流的腦機形式。但由于顱骨對神經(jīng)信號存在衰減作用,所獲信號精準性欠佳。非侵入式腦機接口可分為濕電極、干電極、半干電極三種。濕電極電性能好,但使用不便;干電極使用方便,但信號質(zhì)量和穩定性較差;半干電極結合了前兩項技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),達到了便利性和信號質(zhì)量的平衡,為當前行業(yè)研究重點(diǎn)。


腦機接口



2、腦機接口在醫療領(lǐng)域的應用案例


腦機接口技術(shù)在醫療器械領(lǐng)域的應用現狀已經(jīng)呈現出一些令人振奮的成果。通過(guò)腦機接口技術(shù)已經(jīng)研究出了一系列康復、神經(jīng)治療類(lèi)設備和研究工具,提供更加精準有效的醫療解決方案和輔助診斷能力。


智能康復治療和輔助設備


醫療器械企業(yè)利用腦機接口技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一系列康復治療和輔助設備,如腦控假肢、腦控輪椅等。這些設備能夠幫助運動(dòng)受限的患者重拾日常生活能力,提高其生活質(zhì)量。


神經(jīng)調節和治療設備


腦機接口技術(shù)也被應用于神經(jīng)調節和治療設備的開(kāi)發(fā)中,如用于帕金森病患者的深腦刺激系統。通過(guò)監測大腦活動(dòng)并實(shí)時(shí)調節刺激參數,這些設備可以有效緩解患者的癥狀,改善其生活質(zhì)量。


神經(jīng)科學(xué)研究工具


腦機接口技術(shù)為神經(jīng)科學(xué)研究提供了重要的工具,使研究人員能夠更深入地理解大腦活動(dòng)與行為之間的關(guān)系。例如,利用腦機接口技術(shù)可以實(shí)時(shí)記錄大腦信號,并對其進(jìn)行分析,以研究不同神經(jīng)系統疾病的發(fā)病機制和治療方法。


個(gè)性化治療方案


腦機接口技術(shù)使醫療器械企業(yè)能夠為患者提供個(gè)性化的治療方案。通過(guò)實(shí)時(shí)監測和解讀患者的大腦活動(dòng),醫療器械企業(yè)可以根據患者的特定情況調整治療參數,提高治療的準確性和效果。


數據驅動(dòng)的醫療政策


腦機接口技術(shù)為醫療器械企業(yè)提供了大量的生物信號數據,這些數據可以用于優(yōu)化產(chǎn)品設計和治療方案。醫療器械企業(yè)可以利用這些數據進(jìn)行數據分析和挖掘,從而提高產(chǎn)品的性能和臨床效果。


       可以看出腦機接口技術(shù)在醫療器械領(lǐng)域的應用已經(jīng)取得了一些積極的成果,為患者提供了更加智能和個(gè)性化的醫療服務(wù),同時(shí)也為醫療器械企業(yè)帶來(lái)了新的商業(yè)機遇。


腦機接口



3、腦機接口技術(shù)市場(chǎng)前景與發(fā)展趨勢


腦機接口技術(shù)在醫療領(lǐng)域的市場(chǎng)規模正呈現出快速增長(cháng)的趨勢。

據麥肯錫的測算數據,全球腦機接口醫療應用的潛在市場(chǎng)規模在2030年至2040年有望達到400億美元至1450億美元。天風(fēng)證券研報提到,2022年腦機接口市場(chǎng)規模為17.4億美元,預計到2030年將達到56.92億美元,期內年復合增長(cháng)率為15.61%,市場(chǎng)潛力大。

百億市場(chǎng)已經(jīng)吸引了不少企業(yè)加入腦機接口賽道。中國信息通信研究院聯(lián)合腦機接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《腦機接口技術(shù)發(fā)展與應用研究報告(2023年)》顯示,截至2023年第一季度,全球腦機接口代表性企業(yè)超500家,但大多數腦機接口產(chǎn)品處于實(shí)驗室驗證階段,只有少數產(chǎn)品進(jìn)入了臨床試驗階段,尚未達到商業(yè)化水平。尤其是侵入式和半侵入式腦機接口面臨著(zhù)技術(shù)挑戰、臨床試驗監管?chē)栏褚约案甙旱某杀?,尚未有獲得上市批準的醫療器械產(chǎn)品。


但腦機接口技術(shù)前景廣闊,主要受到幾個(gè)方面的推動(dòng):

首先,人口老齡化和慢性疾病的增加對醫療服務(wù)的需求不斷增加。隨著(zhù)人口老齡化進(jìn)程的加速,慢性疾病患者數量也在不斷增加,例如帕金森病、腦卒中等。腦機接口技術(shù)作為一種創(chuàng )新的醫療技術(shù),能夠為這些患者提供更加個(gè)性化、智能化的治療方案,因此受到了越來(lái)越多醫療機構和患者的關(guān)注。其次,技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng )新推動(dòng)了市場(chǎng)的擴大。隨著(zhù)腦機接口技術(shù)的不斷發(fā)展,其在醫療領(lǐng)域的應用效果不斷提升,包括診斷、治療和康復等方面。例如,腦機接口技術(shù)在帕金森病治療中的應用已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,成為改善患者生活質(zhì)量的重要手段之一。另外,政府和投資機構對醫療科技的支持也是推動(dòng)市場(chǎng)增長(cháng)的重要因素。一些國家和地區的政府正在加大對醫療科技的投入和支持,包括腦機接口技術(shù)在內。這些資金的投入不僅加速了技術(shù)的研發(fā)和應用,也為醫療器械企業(yè)提供了更多的發(fā)展機會(huì )。


腦機接口




未來(lái)腦機接口技術(shù)的發(fā)展趨勢將朝著(zhù)多個(gè)方面邁進(jìn)。

首先,技術(shù)將更加注重微創(chuàng )性和柔性化。隨著(zhù)對侵入式腦機接口可能帶來(lái)的風(fēng)險的關(guān)注增加,未來(lái)的發(fā)展可能會(huì )更多地關(guān)注微創(chuàng )性技術(shù),減少手術(shù)創(chuàng )傷和患者的不適感。同時(shí),柔性腦機接口技術(shù)的發(fā)展將受到重視,以滿(mǎn)足大腦形態(tài)的多樣性和復雜性,提高信號采集的準確性和穩定性。其次,腦機接口系統可能會(huì )朝向多模態(tài)化發(fā)展。未來(lái)的系統可能會(huì )集成多種傳感器和信號采集技術(shù),以獲取更全面、更豐富的腦信號信息,從而實(shí)現更多樣化的功能。此外,腦機接口技術(shù)將更加緊密地與計算機科學(xué)和人工智能技術(shù)融合,提高數據處理和分析能力,實(shí)現更精準的腦信號解讀和響應。另外,未來(lái)的發(fā)展趨勢可能還將注重個(gè)性化醫療解決方案,根據個(gè)體的特定需求和生理特征定制腦機接口系統,提供更精準、更有效的治療和康復方案。最后,隨著(zhù)云計算和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展,腦機接口技術(shù)可能會(huì )更多地與云平臺連接,實(shí)現腦信號的實(shí)時(shí)傳輸和遠程處理,為遠程醫療監測和個(gè)性化治療提供更廣闊的應用前景。


腦機接口




其應用趨勢也將呈現出多方面的發(fā)展。

首先,腦機接口技術(shù)在醫療領(lǐng)域的應用將更加廣泛和深入。隨著(zhù)人口老齡化和慢性疾病的增加,對個(gè)性化、智能化醫療服務(wù)的需求不斷增加,腦機接口技術(shù)將為這些需求提供更有效的解決方案。其次,腦機接口技術(shù)可能會(huì )在康復領(lǐng)域發(fā)揮更大作用,幫助運動(dòng)受限的患者重拾日常生活能力,提高生活質(zhì)量。另外,腦機接口技術(shù)還可以應用于神經(jīng)調節和治療設備的開(kāi)發(fā),如帕金森病患者的深腦刺激系統,通過(guò)監測大腦活動(dòng)并實(shí)時(shí)調節刺激參數,改善患者的癥狀。此外,腦機接口技術(shù)還將為神經(jīng)科學(xué)研究提供重要工具,幫助研究人員深入理解大腦活動(dòng)與行為之間的關(guān)系,探索不同神經(jīng)系統疾病的發(fā)病機制和治療方法。最后,隨著(zhù)人機交互技術(shù)的不斷發(fā)展和新場(chǎng)景需求的涌現,腦機接口技術(shù)也有望成為元宇宙時(shí)代的重要入口之一,通過(guò)腦機接口輔助下的人的主觀(guān)想象轉化為現實(shí),實(shí)現對真實(shí)世界的改造和個(gè)性化體驗。


腦機接口



4、挑戰與防范


腦機接口技術(shù)在醫療領(lǐng)域的應用面臨著(zhù)一系列挑戰。

技術(shù)方面


技術(shù)方面,盡管腦機接口技術(shù)取得了一些顯著(zhù)進(jìn)展,但仍存在著(zhù)諸多技術(shù)難題。如何提高腦機接口的通信帶寬、提高信號采集的準確性以及解碼算法的精度等都是當前亟待解決的問(wèn)題;對于侵入性和半侵入性腦機接口,如何降低手術(shù)風(fēng)險、減少患者的創(chuàng )傷以及提高設備的穩定性等也是當前需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)難題。


安全方面


安全方面是腦機接口技術(shù)在醫療領(lǐng)域應用中的另一個(gè)關(guān)鍵挑戰。尤其是在進(jìn)行侵入性手術(shù)時(shí),需要克服手術(shù)風(fēng)險、減少感染以及確保設備長(cháng)期穩定性等問(wèn)題。同時(shí)對于腦機接口設備的數據安全和隱私保護也是一個(gè)重要考量,特別是涉及到患者敏感信息的采集和傳輸過(guò)程。


倫理方面


倫理問(wèn)題也是腦機接口技術(shù)在醫療領(lǐng)域應用中必須重視的挑戰之一。腦機接口技術(shù)的應用可能涉及到個(gè)體隱私、人身安全、自主權等倫理原則。例如,腦機接口技術(shù)的患者是否能夠自主決定接受植入設備?患者的腦信號數據如何使用和保護?這些問(wèn)題都需要在技術(shù)發(fā)展和應用過(guò)程中進(jìn)行充分考量和解決。


腦機接口




解決當前挑戰的可能途徑包括:

01




加強技術(shù)研發(fā)和創(chuàng )新、加強安全管理和監管、建立健全的倫理規范和法律制度。

02




通過(guò)加大對腦機接口技術(shù)的基礎研究和應用研究投入,不斷提升技術(shù)水平和解決關(guān)鍵技術(shù)難題,可以推動(dòng)該技術(shù)在醫療領(lǐng)域的應用和發(fā)展。同時(shí),加強對腦機接口設備的安全管理和監管,建立完善的安全標準和審查機制,可以有效降低技術(shù)應用過(guò)程中的安全風(fēng)險。

03




建立健全的倫理規范和法律制度,加強對腦機接口技術(shù)的倫理審查和監管,可以有效保護患者的權益和安全,促進(jìn)該技術(shù)的健康發(fā)展。

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